JPH06224380A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH06224380A
JPH06224380A JP5012604A JP1260493A JPH06224380A JP H06224380 A JPH06224380 A JP H06224380A JP 5012604 A JP5012604 A JP 5012604A JP 1260493 A JP1260493 A JP 1260493A JP H06224380 A JPH06224380 A JP H06224380A
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JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
type
gate electrode
region
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP5012604A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Munetaka Oda
宗隆 小田
Yoshikatsu Shida
吉克 志田
Junichi Kawaguchi
淳一 川口
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06224380A publication Critical patent/JPH06224380A/en
Priority to US08/431,822 priority patent/US5563093A/en
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Abstract

PURPOSE:To prevent the depletion of a boundary surface between a gate oxide film and a gate electrode without an increase in the number of processes by forming a silicon film under specific conditions using Si2H6, and by activating each impurity introduced into each of the regions which constitute an n-type element and a p-type element. CONSTITUTION:A p-type well 31 is formed in a region where an n-type element is formed, and an n-type well 30 is formed in a region where a p-type element is formed. A wafer is then subjected to thermal oxidation, so that a gate oxide film 5 is formed on an element formation region of a semiconductor substrate 1. A silicon film 3 is formed over the entire surface of the gate oxide film 5 thus formed using Si2H6 in the atmosphere at the temperature below 580 deg.C. The silicon film 3 is patterned, so that a gate electrode is formed. After the formation of the gate electrode, an n-type impurity is introduced into the region where an n-type element is formed, and a p-type impurity is introduced into the region where a p-type element is formed. These impurities are then activated, and hence it is possible to form the silicon film 3 in an amorphous state.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、同一基板上に、金属・
酸化物・半導体構造を有するn型のトランジスタ(以
下、『nMOSFET』という)と、金属・酸化物・半
導体構造を有するp型のトランジスタ(以下、『pMO
SFET』という)を備えた半導体装置の製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the use of metal / metal on the same substrate.
An n-type transistor having an oxide / semiconductor structure (hereinafter referred to as “nMOSFET”) and a p-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure (hereinafter referred to as “pMO”)
SFET ')).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、同一基板上に、nMOSFETと
pMOSFETの両方を備えた相補性MOSFETのゲ
ート電極は、多結晶シリコン膜等のゲート電極形成材料
に、リンやヒ素等のn型不純物(n型ドーパント)をイ
オン注入したり、固層拡散させた後、これをパターニン
グして形成していた。そして、nMOSFETは、表面
チャネル型に、pMOSFETは、埋め込みチャネル型
としていた。即ち、従来の相補性MOSFETは、nM
OSFET及びpMOSFETともゲート電極はn型と
し、nMOSFETでは、ソース・ドレインをn型に、
pMOSFETでは、ソース・ドレインをp型とした構
造を有していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a gate electrode of a complementary MOSFET having both an nMOSFET and a pMOSFET on the same substrate is used as a material for forming a gate electrode such as a polycrystalline silicon film, and an n-type impurity such as phosphorus or arsenic (Type dopant) was ion-implanted or solid layer diffused, and then patterned to form. The nMOSFET is a surface channel type and the pMOSFET is a buried channel type. That is, the conventional complementary MOSFET has an nM
The gate electrodes of both the OSFET and the pMOSFET are n-type, and the source / drain of the nMOSFET is n-type.
The pMOSFET has a structure in which the source and drain are p-type.

【0003】しかしながら、近年では、半導体装置の微
細化及び高集積化が進み、これに伴って素子の微細化が
盛んに行われてきており、例えば、最小線幅が0.5μ
m以下の微細なMOSFETが使用されている。そし
て、前記のように微細なMOSFETにおいては、短チ
ャネル効果を抑制することが必須とされている。このた
め、pMOSFETのゲート電極をp型とし、埋め込み
チャネル型より短チャネル効果を抑制する能力が高い表
面チャネル型のpMOSFETが使用されるようになっ
てきた。
However, in recent years, miniaturization and high integration of semiconductor devices have progressed, and along with this, miniaturization of elements has been vigorously performed. For example, the minimum line width is 0.5 μm.
A fine MOSFET of m or less is used. And, in the above-mentioned minute MOSFET, it is essential to suppress the short channel effect. Therefore, a p-type gate electrode of the pMOSFET has been used, and a surface-channel pMOSFET having a higher capability of suppressing the short channel effect than the buried channel type has been used.

【0004】前記相補性MOSFETにおいて、nMO
SFETのチャネルとpMOSFETのチャネルを共に
表面チャネル型とする技術としては、Bijian Davari 等
が、IEEE Transaction on electron device, vol.39, p
967,1992' に紹介している例や、Wen Lin 等が、 Solid
-State Electronics, VOL.32, p956,1989'に紹介してい
る例等が挙げられる。
In the complementary MOSFET, the nMO
Bijian Davari et al. Have described IEEE Transaction on electron device, vol.39, p as a technology for making both the SFET channel and the pMOSFET channel a surface channel type.
967,1992 ', and Wen Lin et al.
-State Electronics, VOL.32, p956, 1989 'are examples.

【0005】これらの技術は、以下の工程により構成さ
れている。先ず、ゲート電極形成材料である多結晶シリ
コン膜を形成した後、これをパターニングしてゲート電
極を形成する。次に、nMOSFETを形成する領域
に、選択的にn型不純物をイオン注入して、n型のゲー
ト電極、n型のソース・ドレインを形成する。次に、p
MOSFETを形成する領域に、選択的にp型不純物を
イオン注入して、p型のゲート電極、p型のソース・ド
レインを形成する。即ち、各MOSFET共、ソース・
ドレインを形成するためのイオン注入とゲート電極を低
抵抗化するための不純物イオン注入を同時に行う。この
ため、ソース・ドレインでは、表面不純物濃度が十分高
くなり、浅い接合が形成される反面、ゲート電極のキャ
リア濃度が低くなり、シート抵抗が高くなるという問題
が生じてしまう。従って、この技術では、前記不純物を
イオン注入した後、ウエハを900℃以上の高温で熱処
理して、ゲート電極及びソース・ドレインの表面をシリ
サイド化し、シート抵抗を低下させている。
These techniques are composed of the following steps. First, after forming a polycrystalline silicon film which is a gate electrode forming material, this is patterned to form a gate electrode. Next, an n-type impurity is selectively ion-implanted into a region where an nMOSFET is formed to form an n-type gate electrode and n-type source / drain. Then p
P-type impurities are selectively ion-implanted into the region where the MOSFET is formed to form a p-type gate electrode and p-type source / drain. That is, each MOSFET has a source
Ion implantation for forming the drain and impurity ion implantation for reducing the resistance of the gate electrode are simultaneously performed. For this reason, in the source / drain, the surface impurity concentration becomes sufficiently high, and a shallow junction is formed, but on the other hand, the carrier concentration of the gate electrode becomes low and the sheet resistance becomes high. Therefore, in this technique, after the impurities are ion-implanted, the wafer is heat-treated at a high temperature of 900 ° C. or higher to silicify the surfaces of the gate electrode and the source / drain to reduce the sheet resistance.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記Bi
jian Davari やWen Lin 等が紹介した従来例では、チャ
ネル形成時に、ゲート酸化膜とゲート電極(多結晶シリ
コン膜)との界面が空乏化すると言う問題があった。こ
れは、前記多結晶シリコン膜(ゲート電極)中の不純物
(ドーパント)の活性化率が、単結晶シリコン膜(半導
体基板)中の活性化率に比べ、極めて低いことに由来し
て起こる問題である。
[Problems to be Solved by the Invention]
The conventional example introduced by jian Davari and Wen Lin has a problem that the interface between the gate oxide film and the gate electrode (polycrystalline silicon film) is depleted during channel formation. This is because the activation rate of impurities (dopants) in the polycrystalline silicon film (gate electrode) is extremely low as compared with the activation rate in the single crystal silicon film (semiconductor substrate). is there.

【0007】即ち、J.Y.W.Setoが、The electrical pro
pertis of polycrystaline siliconfilms, J.Appl.Phy
s., vol.46, p52473〜5254, 1975' に紹介しているよう
に、多結晶シリコン膜と単結晶シリコン膜に、同一の濃
度で不純物をイオン注入した場合、多結晶シリコン膜中
のキャリア濃度は、単結晶シリコン膜中のキャリア濃度
の約1/10となることが報告されている。これは、前
記多結晶シリコン膜にイオン注入された不純物が、当該
多結晶シリコン膜の粒界に偏析するためであると考えら
れている。
[0007] That is, JYW Seto is the electrical pro
pertis of polycrystaline siliconfilms, J.Appl.Phy
s., vol.46, p52473 to 5254, 1975 ', when impurities are ion-implanted into a polycrystalline silicon film and a single crystalline silicon film at the same concentration, carriers in the polycrystalline silicon film are It is reported that the concentration becomes about 1/10 of the carrier concentration in the single crystal silicon film. It is considered that this is because the impurities ion-implanted into the polycrystalline silicon film segregate at the grain boundaries of the polycrystalline silicon film.

【0008】従って、例えば、1×1015個/cm2
不純物濃度で、前記ゲート電極及びソース・ドレインに
不純物をイオン注入した場合、当該ソース・ドレインで
は、1×1020個/cm3 程度のキャリア濃度となる
が、ゲート電極のキャリア濃度は、1×1019個/cm
3 程度である。ここで、例えば、ゲート酸化膜の膜厚が
9nmの場合、ゲート電極として必要なキャリア濃度
は、1×1020個/cm3以上である。前記ゲート電極
のキャリア濃度がこれ以下であると、トランジスタが動
作している時に、ゲート酸化膜とゲート電極(多結晶シ
リコン膜)との界面に空乏層が生じ、トランジスタのト
ランスコンダクタンスが極めて低下する。このため、M
OSFETの動作が緩慢になるという問題があった。
Therefore, for example, when impurities are ion-implanted into the gate electrode and the source / drain at an impurity concentration of 1 × 10 15 / cm 2 , the source / drain is about 1 × 10 20 / cm 3. The carrier concentration of the gate electrode is 1 × 10 19 pieces / cm 2.
It is about 3 . Here, for example, when the thickness of the gate oxide film is 9 nm, the carrier concentration necessary for the gate electrode is 1 × 10 20 / cm 3 or more. If the carrier concentration of the gate electrode is less than this, a depletion layer is generated at the interface between the gate oxide film and the gate electrode (polycrystalline silicon film) when the transistor is operating, and the transconductance of the transistor is extremely lowered. . Therefore, M
There is a problem that the operation of the OSFET becomes slow.

【0009】そこで、前記ゲート電極(多結晶シリコン
膜)中に注入された不純物の活性化率を向上させるた
め、前記不純物のイオン注入量を増加したり、前記不純
物を活性化するために行う熱処理の温度を上昇すること
も検討されている。しかしながら、前記不純物のイオン
注入量を増加したり、前記熱処理の温度を上昇すると、
ソース・ドレインの接合が深くなり、パンチスルー耐圧
が低下するため、微細なMOSFETには適用できない
という問題があった。
Therefore, in order to improve the activation rate of the impurities implanted into the gate electrode (polycrystalline silicon film), a heat treatment is performed to increase the ion implantation amount of the impurities or to activate the impurities. It is also considered to raise the temperature. However, when the ion implantation amount of the impurities is increased or the temperature of the heat treatment is increased,
Since the source-drain junction becomes deeper and the punch-through breakdown voltage decreases, there is a problem that it cannot be applied to a fine MOSFET.

【0010】また、ソース・ドレイン形成のための不純
物イオン注入工程の他に、前記ゲート電極に選択的に不
純物をイオン注入し、当該ゲート電極のキャリア濃度を
増加させる方法も考えられるが、工程が複雑になり、生
産性が低下するという問題があった。本発明は、このよ
うな種々の問題を解決することを課題とするものであ
り、工程数を増加することなく、ゲート酸化膜とゲート
電極との界面が空乏化することを防止し、トランジスタ
のトランスコンダクタンスが大きな表面チャネル型のn
MOSFET及びpMOSFETを同一基板上に備えた
半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
In addition to the impurity ion implantation process for forming the source / drain, a method of selectively implanting impurities into the gate electrode to increase the carrier concentration of the gate electrode can be considered. There was a problem that it became complicated and productivity was lowered. The present invention has an object to solve such various problems, prevents the interface between the gate oxide film and the gate electrode from being depleted without increasing the number of steps, and Surface-channel type n with large transconductance
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device including a MOSFET and a pMOSFET on the same substrate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、同一基板上に、金属・酸化物・半導体構
造を有するn型のトランジスタと、金属・酸化物・半導
体構造を有するp型のトランジスタを形成する半導体装
置の製造方法において、半導体基板の素子形成領域上に
形成したゲート酸化膜の全面に、Si2 6 を用い58
0℃以下の雰囲気でシリコン膜を形成する第1工程と、
前記シリコン膜にパターニングを行い、ゲート電極を形
成する第2工程と、前記ゲート電極形成後、n型素子を
形成する領域にn型不純物を、p型素子を形成する領域
にp型不純物を導入する第3工程と、前記不純物を活性
化する第4工程と、を含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法を提供するものである。
In order to achieve this object, the present invention has an n-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure and a metal / oxide / semiconductor structure on the same substrate. In a method of manufacturing a semiconductor device for forming a p-type transistor, Si 2 H 6 is used on the entire surface of a gate oxide film formed on an element formation region of a semiconductor substrate.
A first step of forming a silicon film in an atmosphere of 0 ° C. or lower,
A second step of patterning the silicon film to form a gate electrode, and after forming the gate electrode, introducing an n-type impurity into a region for forming an n-type element and introducing a p-type impurity into a region for forming a p-type element. And a fourth step of activating the impurities, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device.

【0012】そして、前記シリコン膜形成後、当該シリ
コン膜に、600℃以上の温度で熱処理を行うことを特
徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
そしてまた、同一基板上に、金属・酸化物・半導体構造
を有するn型のトランジスタと、金属・酸化物・半導体
構造を有するp型のトランジスタを形成する半導体装置
の製造方法において、半導体基板の素子形成領域上に形
成したゲート酸化膜の全面に、多結晶シリコン膜を形成
する第1工程と、前記多結晶シリコン膜にSiイオンま
たはGeイオンを導入する第2工程と、前記Siイオン
またはGeイオンが導入された多結晶シリコン膜にパタ
ーニングを行い、ゲート電極を形成する第3工程と、前
記ゲート電極形成後、n型素子を形成する領域にn型不
純物を、p型素子を形成する領域にp型不純物を導入す
る第4工程と、前記不純物を活性化する第5工程と、を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する
ものである。
Further, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that after the silicon film is formed, the silicon film is heat-treated at a temperature of 600 ° C. or higher.
In addition, in a method of manufacturing a semiconductor device in which an n-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure and a p-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure are formed on the same substrate, an element of a semiconductor substrate is provided. A first step of forming a polycrystalline silicon film on the entire surface of the gate oxide film formed on the formation region, a second step of introducing Si ions or Ge ions into the polycrystalline silicon film, and the Si ions or Ge ions The third step of forming a gate electrode by patterning the polycrystalline silicon film into which n has been introduced, and after forming the gate electrode, an n-type impurity is added to a region where an n-type element is formed and an n-type impurity is added to a region where a p-type element is formed. It is intended to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which includes a fourth step of introducing a p-type impurity and a fifth step of activating the impurity.

【0013】さらにまた、前記SiイオンまたはGeイ
オンが導入された多結晶シリコン膜に、600℃以上の
温度で熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造
方法を提供するものである。
Furthermore, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the polycrystalline silicon film having Si ions or Ge ions introduced therein is heat-treated at a temperature of 600 ° C. or higher.

【0014】[0014]

【作用】請求項1に記載の発明によれば、半導体基板の
素子形成領域上に形成したゲート酸化膜の全面に、Si
2 6 を用い580℃以下の雰囲気でシリコン膜を形成
し、前記シリコン膜にパターニングを行い、ゲート電極
を形成した後、n型素子を形成する領域にn型不純物
を、p型素子を形成する領域にp型不純物を導入した
後、前記不純物を活性化することで、前記シリコン膜を
非晶質状態で形成することができる。従って、前記シリ
コン膜中の不純物の活性化率を多結晶シリコン膜中の活
性化率の10倍程度にすることができる。
According to the first aspect of the invention, Si is formed on the entire surface of the gate oxide film formed on the element formation region of the semiconductor substrate.
A silicon film is formed using 2 H 6 in an atmosphere of 580 ° C. or lower, the silicon film is patterned, a gate electrode is formed, and then an n-type impurity is formed in a region where an n-type element is formed and a p-type element is formed. The silicon film can be formed in an amorphous state by introducing a p-type impurity into the region to be activated and then activating the impurity. Therefore, the activation rate of impurities in the silicon film can be about 10 times the activation rate in the polycrystalline silicon film.

【0015】即ち、前記条件で形成したシリコン膜は、
非晶質シリコン膜となるため、その結晶を粗大化するこ
とができると共に、粒界を少なくすることができる。従
って、粒界に偏析する不純物が少ないため、前記ゲート
電極のキャリア濃度を増加することができる。このた
め、トランジスタの作動中に、ゲート酸化膜とゲート電
極との界面に空乏化が生じることを防止することができ
る。従って、MOSFETのトランスコンダクタンスの
低下を抑制することができる。
That is, the silicon film formed under the above conditions is
Since it becomes an amorphous silicon film, its crystals can be coarsened and grain boundaries can be reduced. Therefore, since the impurities segregated at the grain boundaries are small, the carrier concentration of the gate electrode can be increased. Therefore, depletion of the interface between the gate oxide film and the gate electrode can be prevented during the operation of the transistor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the transconductance of the MOSFET.

【0016】前記シリコン膜の成膜温度が580℃を越
えると、当該シリコン膜内に、核が発生して、600℃
以上の熱処理後、シリコン膜中の結晶が微細化し、前記
ゲート電極のキャリア濃度を増加することが困難とな
る。また、前記Si2 6 を使用せずに、SiH4 を用
い、成膜温度を580℃以下として、前記シリコン膜を
形成すると、成膜レートが低下して効率のよい成膜がで
きず、生産性を低下してしまう。
When the film forming temperature of the silicon film exceeds 580 ° C., nuclei are generated in the silicon film, resulting in 600 ° C.
After the above heat treatment, the crystals in the silicon film become finer and it becomes difficult to increase the carrier concentration of the gate electrode. Further, when SiH 4 is used without using the Si 2 H 6 and the film forming temperature is 580 ° C. or less, the film forming rate is lowered and the film cannot be formed efficiently. It reduces productivity.

【0017】従って、前記シリコン膜は、Si2 6
用い580℃以下の雰囲気で形成することが好適であ
る。また、ゲート電極とソース・ドレインのキャリア濃
度を同程度とすることができるため、従来のように、ゲ
ート電極表面及びソース・ドレインの表面をシリサイド
化することなく、十分に低いシート抵抗を得ることがで
きるため、工程を簡略化することができる。
Therefore, it is preferable that the silicon film is formed of Si 2 H 6 in an atmosphere of 580 ° C. or lower. Further, since the carrier concentrations of the gate electrode and the source / drain can be made approximately the same, a sufficiently low sheet resistance can be obtained without silicifying the surface of the gate electrode and the surface of the source / drain as in the conventional case. Therefore, the process can be simplified.

【0018】そしてまた、請求項2に記載の発明によれ
ば、前記シリコン膜形成後、当該シリコン膜に、600
℃以上の温度で熱処理を行うことで、より確実に、当該
シリコン膜の結晶粒径を粗大化し、粒界を少なくするこ
とができる。さらに、請求項3に記載の発明によれば、
半導体基板の素子形成領域上のゲート酸化膜の全面に形
成した多結晶シリコン膜に、SiイオンまたはGeイオ
ンを導入し、これをパターニングしてゲート電極を形成
した後、n型素子を形成する領域にn型不純物を、p型
素子を形成する領域にp型不純物を導入した後、前記不
純物を活性化することで、前記SiイオンまたはGeイ
オンが導入された多結晶シリコン膜中の不純物の活性化
率を多結晶シリコン膜中の活性化率の10倍程度にする
ことができる。
According to the second aspect of the invention, after the silicon film is formed, the silicon film is coated with 600
By performing the heat treatment at a temperature of ℃ or more, the crystal grain size of the silicon film can be made coarser and the grain boundaries can be reduced more reliably. Further, according to the invention of claim 3,
An area where an n-type element is formed after Si ions or Ge ions are introduced into a polycrystalline silicon film formed on the entire surface of a gate oxide film on an element formation region of a semiconductor substrate and patterned to form a gate electrode. Of the impurities in the polycrystalline silicon film into which the Si ions or the Ge ions have been introduced by activating the impurities by introducing the n-type impurities into the region and the p-type impurities into the region forming the p-type element. The activation rate can be about 10 times the activation rate in the polycrystalline silicon film.

【0019】即ち、前記多結晶シリコン膜に、Siイオ
ンまたはGeイオンを導入することで、当該多結晶シリ
コン膜の結晶を粗大化することができると共に、粒界を
無くすことができる。従って、粒界に不純物が偏析する
ことがないため、前記ゲート電極のキャリア濃度を増加
することができる。このため、トランジスタの作動中
に、ゲート酸化膜とゲート電極との界面に空乏層が生じ
ることを防止することができる。従って、MOSFET
のトランスコンダクタンスの低下を抑制することができ
る。
That is, by introducing Si ions or Ge ions into the polycrystalline silicon film, the crystals of the polycrystalline silicon film can be coarsened and grain boundaries can be eliminated. Therefore, since impurities are not segregated at the grain boundaries, the carrier concentration of the gate electrode can be increased. Therefore, it is possible to prevent a depletion layer from being formed at the interface between the gate oxide film and the gate electrode during the operation of the transistor. Therefore, MOSFET
It is possible to suppress the decrease of the transconductance of.

【0020】また、ゲート電極とソース・ドレインのキ
ャリア濃度を同程度とすることができるため、従来のよ
うに、ゲート電極表面及びソース・ドレインの表面をシ
リサイド化することなく、十分に低いシート抵抗を得る
ことができる。さらに、請求項4に記載の発明によれ
ば、前記SiイオンまたはGeイオンが導入された多結
晶シリコン膜に、600℃以上の温度で熱処理を行うこ
とで、より確実に前記シリコン膜の結晶粒径を粗大化
し、粒界を無くすことができる。
Further, since the carrier concentrations of the gate electrode and the source / drain can be made approximately the same, a sufficiently low sheet resistance can be obtained without silicifying the surface of the gate electrode and the surface of the source / drain as in the conventional case. Can be obtained. Further, according to the invention described in claim 4, the polycrystalline silicon film into which the Si ions or the Ge ions are introduced is heat-treated at a temperature of 600 ° C. or higher, so that the crystal grains of the silicon film can be more reliably formed. The diameter can be coarsened and grain boundaries can be eliminated.

【0021】[0021]

【実施例】(実施例1)次に、本発明に係る実施例1に
ついて、図面を参照して説明する。図1ないし図6は、
本発明の実施例1に係る半導体装置の製造工程の一部を
示す部分断面図である。
(Embodiment 1) Next, Embodiment 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 6 are
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

【0022】図1に示す工程では、面方位(100)の
p型半導体基板1において、n型素子を形成する領域に
pウエル31を、p型素子を形成する領域にnウエル3
0を形成する。次に、公知の方法により、前記半導体基
板1の素子分離領域にフィールド酸化膜2を形成し、次
いで、p型素子を形成する領域に形成したフィールド酸
化膜2の下部に反転防止層4を形成する。次に、前記ウ
エハに熱酸化を行い、半導体基板1の素子形成領域上
に、膜厚が7nm程度のゲート酸化膜5を形成する。次
いで、Si2 6 ガスを用い、480℃の成膜温度で、
前記ウエハの全面に膜厚が150nm程度のシリコン膜
3を形成する。このシリコン膜3は、前記条件で成膜す
ることで、非晶質シリコン膜となる。
In the step shown in FIG. 1, in a p-type semiconductor substrate 1 having a plane orientation (100), a p-well 31 is formed in a region where an n-type element is formed and an n-well 3 is formed in a region where a p-type element is formed.
Form 0. Next, the field oxide film 2 is formed in the element isolation region of the semiconductor substrate 1 by a known method, and then the inversion prevention layer 4 is formed below the field oxide film 2 formed in the region where the p-type element is formed. To do. Next, the wafer is thermally oxidized to form a gate oxide film 5 having a film thickness of about 7 nm on the element formation region of the semiconductor substrate 1. Then, using Si 2 H 6 gas at a film forming temperature of 480 ° C.,
A silicon film 3 having a thickness of about 150 nm is formed on the entire surface of the wafer. The silicon film 3 becomes an amorphous silicon film by being formed under the above conditions.

【0023】次に、図2に示す工程では、図1に示す工
程で得たシリコン膜3にパターニングを行い、前記n型
素子を形成する領域上及びp型素子を形成する領域上
に、ゲート長が0.35μmのゲート電極6を形成す
る。次いで、前記ウエハのn型となる素子領域上にレジ
スト膜9を塗布し、これをマスクとして、p型素子を形
成する領域に、p型不純物としてB+ (ホウ素)を、注
入量=1×1013個/cm 2 、注入エネルギー=10K
eVでイオン注入し、p- 拡散層7及びp- 拡散層8、
p型ゲート電極16を形成する。
Next, in the process shown in FIG. 2, the process shown in FIG.
The silicon film 3 obtained in the above step is patterned to obtain the n-type
On the area where elements are formed and on the area where p-type elements are formed
To form a gate electrode 6 having a gate length of 0.35 μm
It Then, a registration is performed on the n-type device region of the wafer.
The strike film 9 is applied, and the p-type element is formed using this as a mask.
B as a p-type impurity in the formed region.+(Boron), note
Quantity = 1 x 1013Pieces / cm 2, Injection energy = 10K
Ion implantation at eV, p-Diffusion layer 7 and p-Diffusion layer 8,
The p-type gate electrode 16 is formed.

【0024】次いで、図3に示す工程では、図2に示す
工程で形成したレジスト膜9を除去した後、前記ウエハ
のp型素子を形成する領域上にレジスト膜9を塗布し、
これをマスクとしてn型素子を形成する領域に、n型不
純物としてP+ (リン)を、注入量=4×1013個/c
2 、注入エネルギー=30KeVでイオン注入し、n
- 拡散層10及びn- 拡散層11を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 3, after removing the resist film 9 formed in the step shown in FIG. 2, the resist film 9 is applied on the region of the wafer where the p-type element is to be formed,
Using this as a mask, P + (phosphorus) is implanted as an n-type impurity into a region where an n-type element is to be formed, and the implantation amount is 4 × 10 13 / c.
m 2 , ion implantation energy = 30 KeV, and
- forming a diffusion layer 11 - diffusion layer 10 and n.

【0025】次に、図4に示す工程では、図3に示す工
程で形成したレジスト膜9を除去し、各ゲート電極にサ
イドウォールを形成した後、前記ウエハのn型素子を形
成する領域上にレジスト膜9を塗布し、これをマスクと
して、p型素子を形成する領域に、p型不純物としてB
2 + (フッ化ホウ素)を、注入量=2×1015個/c
2 、注入エネルギー=40KeVでイオン注入し、p
+ 拡散層12及びp+拡散層14及びP型ゲート電極1
6を形成する。この時、前記ゲート電極6は、非晶質シ
リコン膜3から形成されているため、前記Bが、粒界に
偏析する量が少なく、シリコン膜3中に拡散する。従っ
て、従来の多結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成
した場合に比べ、極めてキャリア濃度が増加したp型ゲ
ート電極16を得ることができる。
Next, in the step shown in FIG. 4, the resist film 9 formed in the step shown in FIG. 3 is removed, sidewalls are formed on each gate electrode, and then on the region of the wafer where the n-type element is to be formed. A resist film 9 is applied to the surface of the substrate, and using this as a mask, B is used as a p-type impurity in a region where a p-type element is formed.
Injection amount of F 2 + (boron fluoride) = 2 × 10 15 pieces / c
m 2 and ion energy = 40 KeV, ion implantation is performed, and p
+ Diffusion layer 12 and p + diffusion layer 14 and P-type gate electrode 1
6 is formed. At this time, since the gate electrode 6 is formed of the amorphous silicon film 3, the amount of B segregated at the grain boundaries is small and diffuses into the silicon film 3. Therefore, it is possible to obtain the p-type gate electrode 16 in which the carrier concentration is extremely increased as compared with the case where the gate electrode made of the conventional polycrystalline silicon film is formed.

【0026】次いで、図5に示す工程では、図4に示す
工程で形成したレジスト膜9を除去した後、前記ウエハ
のp型素子を形成する領域上にレジスト膜9を塗布し、
これをマスクとして、n型素子を形成する領域に、n型
不純物としてAs+ (ヒ素)を、注入量=3×1015
/cm2 、注入エネルギー=40KeVでイオン注入
し、p+ 拡散層12、p+ 拡散層14ぴょびn型ゲート
電極26を形成する。この時、前記ゲート電極6は、非
晶質シリコン膜3から形成されているため、前記Pが、
粒界に偏析する量が少なく、シリコン膜3中に拡散す
る。従って、キャリア濃度が増加したn型ゲート電極2
6を得ることができる。
Next, in the step shown in FIG. 5, after removing the resist film 9 formed in the step shown in FIG. 4, the resist film 9 is applied on the region of the wafer where the p-type element is to be formed,
Using this as a mask, As + (arsenic) as an n-type impurity is ion-implanted into the region where an n-type element is to be formed, with an implantation amount of 3 × 10 15 / cm 2 and an implantation energy of 40 KeV, and a p + diffusion layer is formed. 12, p + diffusion layer 14 and n-type gate electrode 26 are formed. At this time, since the gate electrode 6 is formed of the amorphous silicon film 3, the P is
The amount segregated at the grain boundaries is small and diffuses into the silicon film 3. Therefore, the n-type gate electrode 2 having an increased carrier concentration
6 can be obtained.

【0027】次に、前記イオン注入が終了したウエハを
拡散炉に装入し、当該ウエハに850℃で30分間熱処
理を行う。このようにして、前記不純物を活性化し、p
- 拡散層7及びp+ 拡散層12からなるソース13、p
- 拡散層8及びp+ 拡散層14からなるドレイン15、
- 拡散層10及びn+ 拡散層17からなるソース1
8、n- 拡散層11及びn+ 拡散層19からなるドレイ
ン21を形成した。
Next, the ion-implanted wafer is loaded into a diffusion furnace, and the wafer is heat-treated at 850 ° C. for 30 minutes. In this way, the impurities are activated and p
- source 13 consisting of a diffusion layer 7 and the p + diffusion layer 12, p
- a drain 15 composed of the diffusion layer 8 and the p + diffusion layer 14,
Source 1 composed of n diffusion layer 10 and n + diffusion layer 17
8, the drain 21 including the n diffusion layer 11 and the n + diffusion layer 19 was formed.

【0028】次いで、図6に示す工程では、ゲート電極
16及び26上、ソース13及び18上、ドレイン15
及び21上に形成されている酸化膜を除去した後、全面
に、膜厚が20nm程度のチタン膜を形成する。次い
で、前記チタン膜が形成されたウエハを、急速加熱装置
に装入し、当該ウエハに、650℃で30秒間熱処理を
行い、ゲート電極16及び26上、ソース13及び18
上、ドレイン15及び21上に形成されたチタン膜をシ
リサイド化し、この部分にチタンシリサイド膜22を形
成する。次に、前記シリサイド化において、未反応であ
ったチタン膜をアンモニア過酸化水素水で除去した後、
前記ウエハを再び急速加熱装置に装入し、当該ウエハ
に、800℃で30秒間熱処理を行う。次いで、前記ウ
エハの全面に、層間絶縁膜23を形成する。
Next, in the step shown in FIG. 6, on the gate electrodes 16 and 26, on the sources 13 and 18, and on the drain 15.
After removing the oxide film formed on the electrodes 21 and 21, a titanium film having a film thickness of about 20 nm is formed on the entire surface. Then, the wafer on which the titanium film is formed is loaded into a rapid heating device, and the wafer is subjected to heat treatment at 650 ° C. for 30 seconds, so that the gate electrodes 16 and 26, the sources 13 and 18 are formed.
The titanium film formed on the upper and drains 15 and 21 is silicidized, and the titanium silicide film 22 is formed on this portion. Next, in the silicidation, after removing the unreacted titanium film with ammonia hydrogen peroxide solution,
The wafer is loaded into the rapid heating device again, and the wafer is heat-treated at 800 ° C. for 30 seconds. Then, an interlayer insulating film 23 is formed on the entire surface of the wafer.

【0029】その後、コンタクト孔の開口等、所望の工
程を行い、相補性MOSFETを備えた半導体装置を完
成する。なお、本実施例では、図1に示す工程で、Si
2 6 ガスを用い、480℃の成膜温度で、シリコン膜
3を形成したが、これに限らず、当該シリコン膜3は、
Si2 6 ガスを用い、580℃以下の成膜温度で形成
すればよい。
Thereafter, desired steps such as opening of contact holes are performed to complete the semiconductor device having the complementary MOSFET. In this example, in the process shown in FIG.
Although the silicon film 3 was formed at a film forming temperature of 480 ° C. using 2 H 6 gas, the present invention is not limited to this.
It may be formed at a film forming temperature of 580 ° C. or lower using Si 2 H 6 gas.

【0030】また、本実施例では、p型素子を形成する
領域に、p型不純物として、B+ 、BF2 + をイオン注
入したが、これに限らず、他の種類のp型不純物をイオ
ン注入してもよい。また、イオン注入条件(注入量や注
入エネルギー等)は、所望により決定してよい。また、
本実施例では、n型素子を形成する領域に、n型不純物
として、P+ 、As+ をイオン注入したが、これに限ら
ず、他の種類のn型不純物をイオン注入してもよい。ま
た、イオン注入条件(注入量や注入エネルギー等)は、
所望により決定してよい。
Further, in the present embodiment, B + and BF 2 + are ion-implanted as p-type impurities into the region where the p-type element is formed, but the present invention is not limited to this, and other types of p-type impurities are ion-implanted. May be injected. The ion implantation conditions (implantation amount, implantation energy, etc.) may be determined as desired. Also,
In this embodiment, P + and As + are ion-implanted as n-type impurities into the region where the n-type element is formed. However, the present invention is not limited to this, and other types of n-type impurities may be ion-implanted. Ion implantation conditions (implantation amount, implantation energy, etc.) are
It may be determined as desired.

【0031】さらにまた、本実施例では、図5に示す工
程でイオン注入が終了したウエハに850℃、30分間
の熱処理を行なったが、これに限らず、当該熱処理は、
急速熱装置を用い、900〜1100℃程度の温度で、
10〜60秒間の熱処理を行う等、所望により熱処理方
法を決定してよい。そして、本実施例で説明した素子の
サイズは一例であり、所望により変更して形成してよ
い。
Furthermore, in the present embodiment, the wafer after the ion implantation in the step shown in FIG. 5 was subjected to the heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes, but the present invention is not limited to this, and the heat treatment is not limited to this.
Using a rapid heating device, at a temperature of about 900 to 1100 ° C,
The heat treatment method may be determined as desired, such as performing heat treatment for 10 to 60 seconds. The size of the element described in this embodiment is an example, and may be changed and formed as desired.

【0032】次に、比較として、図1に示す工程で、シ
リコン膜を形成する代わりに、SiH4 ガスを用い、6
20℃の成膜温度で、膜厚が150nm程度の多結晶シ
リコン膜を形成した後、図2に示す以降の工程を行い、
相補性MOSFETを備えた半導体装置を完成した(比
較例)。次に、実施例1で得た相補性MOSFET(発
明品)のシート抵抗と、比較例のシート抵抗を、n型素
子形成領域及びp型素子形成領域について測定した。n
型素子形成領域におけるシート抵抗の測定結果を図9
に、pn型素子形成領域におけるシート抵抗の測定結果
を図10に示す。
Next, as a comparison, in the process shown in FIG. 1, instead of forming a silicon film, SiH 4 gas was used, and 6
After forming a polycrystalline silicon film having a film thickness of about 150 nm at a film forming temperature of 20 ° C., the subsequent steps shown in FIG.
A semiconductor device having a complementary MOSFET was completed (comparative example). Next, the sheet resistance of the complementary MOSFET (invention) obtained in Example 1 and the sheet resistance of the comparative example were measured for the n-type element formation region and the p-type element formation region. n
FIG. 9 shows the measurement results of the sheet resistance in the mold element formation region.
10 shows the measurement result of the sheet resistance in the pn-type element formation region.

【0033】図9及び図10より、発明品のシート抵抗
は、比較例のシート抵抗に比べ、極めて低い値を示すこ
とが確認された。これより、本発明品は、ゲート電極
に、ゲート及びドレインと同程度の不純物量を注入する
ことで、高いキャリア濃度が得られることが立証され
た。 (実施例2)次に、本発明に係る実施例2について図面
を参照して説明する。
From FIGS. 9 and 10, it was confirmed that the sheet resistance of the invention product shows an extremely low value as compared with the sheet resistance of the comparative example. From this, it was proved that the product of the present invention can obtain a high carrier concentration by implanting the same amount of impurities into the gate electrode as in the gate and drain. Second Embodiment Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0034】前記実施例1の図1に示す工程において、
シリコン膜3を形成後、当該シリコン膜3が形成された
ウエハを、600℃の不活性ガス雰囲気中で2時間熱処
理を行う。次に、前記実施例1で行った図2以降の工程
を行い、相補性MOSFETを備えた半導体装置を完成
する。
In the process shown in FIG. 1 of the first embodiment,
After forming the silicon film 3, the wafer on which the silicon film 3 is formed is heat-treated in an inert gas atmosphere at 600 ° C. for 2 hours. Next, the steps after FIG. 2 performed in the first embodiment are performed to complete the semiconductor device having the complementary MOSFET.

【0035】なお、本実施例では、前記シリコン膜3が
形成されたウエハを、600℃の不活性ガス雰囲気中で
2時間熱処理を行なったが、これに限らず、当該熱処理
の温度は、600℃以上であればよい。また、熱処理時
間は、所望により決定してよい。 (実施例3)次に、本発明に係る実施例3について、図
面を参照して説明する。
In this embodiment, the wafer on which the silicon film 3 is formed is heat-treated in an inert gas atmosphere at 600 ° C. for 2 hours. However, the temperature is not limited to this and the heat-treatment temperature is 600. It may be at least ° C. Also, the heat treatment time may be determined as desired. (Third Embodiment) Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0036】図7及び図8は、本発明の実施例3に係る
半導体装置の製造工程の一部を示す部分断面図である。
図7に示す工程では、面方位(100)のp型半導体基
板1において、n型素子を形成する領域にpウエル31
を、p型素子を形成する領域にnウエル30を形成す
る。次に、公知の方法により、前記半導体基板1の素子
分離領域にフィールド酸化膜2を形成し、次いで、p型
素子を形成する領域に形成したフィールド酸化膜2の下
部に反転防止層4を形成する。次に、前記ウエハに熱酸
化を行い、半導体基板1の素子形成領域上に、膜厚が7
nm程度のゲート酸化膜5を形成する。次いで、SiH
4 ガスを用い、620℃の成膜温度で、前記ゲート酸化
膜5の全面に、膜厚が150nmが程度の多結晶シリコ
ン膜33を形成する。
7 and 8 are partial cross-sectional views showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
In the step shown in FIG. 7, in the p-type semiconductor substrate 1 having the plane orientation (100), the p-well 31 is formed in the region where the n-type element is formed.
An n well 30 is formed in a region where a p-type element will be formed. Next, the field oxide film 2 is formed in the element isolation region of the semiconductor substrate 1 by a known method, and then the inversion prevention layer 4 is formed below the field oxide film 2 formed in the region where the p-type element is formed. To do. Next, the wafer is thermally oxidized to form a film having a thickness of 7 on the element formation region of the semiconductor substrate 1.
A gate oxide film 5 of about nm is formed. Then SiH
A polycrystalline silicon film 33 having a thickness of about 150 nm is formed on the entire surface of the gate oxide film 5 at a film forming temperature of 620 ° C. using 4 gases.

【0037】次に、図8に示す工程では、図7に示す工
程で得た多結晶シリコン膜33に、一価のシリコンイオ
ン(Si+ )を、注入量=5×1015個/cm2 、注入
エネルギー=40KeVでイオン注入し、Siが注入さ
れた多結晶シリコン膜34を形成する。このようにする
ことで、前記多結晶シリコン膜33の結晶を粗大化する
ことができると共に、粒界を少なくすることができる。
従って、後に行う不純物イオン注入の際に、イオン注入
された不純物が、粒界に偏析するこを防止することがで
きる。このため、後に形成するゲート電極中のキャリア
濃度を増加することができる。
Next, in the step shown in FIG. 8, monovalent silicon ions (Si + ) are implanted into the polycrystalline silicon film 33 obtained in the step shown in FIG. 7 at an implantation amount = 5 × 10 15 / cm 2. Ion implantation is performed with implantation energy = 40 KeV to form a polycrystalline silicon film 34 in which Si is implanted. By doing so, the crystals of the polycrystalline silicon film 33 can be coarsened and the grain boundaries can be reduced.
Therefore, it is possible to prevent the ion-implanted impurities from being segregated at the grain boundaries during the impurity ion implantation performed later. Therefore, the carrier concentration in the gate electrode formed later can be increased.

【0038】次いで、前記実施例1の図2に示す以降の
工程を行い、相補性MOSFETを備えた半導体装置を
完成する。なお、本実施例では、図8に示す工程で、多
結晶シリコン膜33にSi+ をイオン注入したが、これ
に限らず、Ge+ をイオン注入してもよい。また、Si
+ またGe+ のイオン注入条件は、所望により決定して
よい。 (実施例4)次に、本発明に係る実施例4について図面
を参照して説明する。
Then, the subsequent steps shown in FIG. 2 of the first embodiment are performed to complete the semiconductor device having the complementary MOSFET. Although Si + is ion-implanted in the polycrystalline silicon film 33 in the step shown in FIG. 8 in the present embodiment, the present invention is not limited to this, and Ge + may be ion-implanted. Also, Si
+ The Ge + ion implantation conditions may be determined as desired. (Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0039】前記実施例3の図2に示す工程において、
Siが注入された多結晶シリコン膜34が形成されたウ
エハに、600℃の不活性ガス雰囲気中で2時間熱処理
を行う。次に、前記実施例1で行った図2以降の工程を
行い、相補性MOSFETを備えた半導体装置を完成す
る。
In the process shown in FIG. 2 of the third embodiment,
The wafer on which the polycrystalline silicon film 34 in which Si is implanted is formed is subjected to heat treatment in an inert gas atmosphere at 600 ° C. for 2 hours. Next, the steps after FIG. 2 performed in the first embodiment are performed to complete the semiconductor device having the complementary MOSFET.

【0040】なお、本実施例では、前記Siが注入され
た多結晶シリコン膜34が形成されたウエハを、600
℃の不活性ガス雰囲気中で2時間熱処理を行なったが、
これに限らず、当該熱処理の温度は、600℃以上であ
ればよい。また、熱処理時間は、所望により決定してよ
い。次に、素子間分離された半導体基板上に、膜厚が7
nm程度のゲート酸化膜を形成し、次に、当該ゲート酸
化膜上に、表1に示す成膜条件でシリコン膜を形成し
た。その後、表1に示す条件で、前記シリコン膜に不純
物をイオン注入し、次いで、850℃で30分間の熱処
理を行い、前記不純物を活性化し、4種類のMOSFE
T(サンプル1〜サンプル4)を作成した。
In this embodiment, the wafer on which the Si-implanted polycrystalline silicon film 34 is formed is
Heat treatment was performed for 2 hours in an inert gas atmosphere at ℃,
Not limited to this, the temperature of the heat treatment may be 600 ° C. or higher. Also, the heat treatment time may be determined as desired. Next, a film thickness of 7 is formed on the semiconductor substrate separated between the elements.
A gate oxide film having a thickness of about nm was formed, and then a silicon film was formed on the gate oxide film under the film forming conditions shown in Table 1. Then, under the conditions shown in Table 1, impurities are ion-implanted into the silicon film, and then heat treatment is performed at 850 ° C. for 30 minutes to activate the impurities, and four types of MOSFE are activated.
T (Sample 1 to Sample 4) was created.

【0041】次に、前記サンプル1〜4について、準静
的な容量測定を行った。この測定において、半導体基板
が強反転した時の容量(Cinv)を、蓄積状態時の半
導体基板の容量(Cox)で割った値(Cinv/Co
x)を求めた。この結果を表1に示す。なお、前記Ci
nv/Cox値は、MOSFETの動作時(チャネル形
成時)のトランスコンダクタンスと層間を持つものであ
り、一般的に、Cinv/Coxが0.98以上であれ
ば、MOSFETが動作時に、ゲート酸化膜とゲート電
極との界面が空乏化しにくいことが知られている。即
ち、十分に高いトランスコンダクタンスを確保できるこ
とが知られている。一方、前記Cinv/Coxが0.
95以下になると、MOSFETのトランスコンダクタ
ンスが低下し、実際の使用に適さないことが知られてい
る。
Next, quasi-static capacity measurement was performed on the samples 1 to 4. In this measurement, the capacitance (Cinv) when the semiconductor substrate is strongly inverted is divided by the capacitance (Cox) of the semiconductor substrate in the storage state (Cinv / Co).
x) was determined. The results are shown in Table 1. In addition, the Ci
The nv / Cox value has a transconductance and a layer during operation of the MOSFET (during channel formation). Generally, if Cinv / Cox is 0.98 or more, the gate oxide film is formed during operation of the MOSFET. It is known that the interface between the gate electrode and the gate electrode is less likely to be depleted. That is, it is known that a sufficiently high transconductance can be secured. On the other hand, if the Cinv / Cox is 0.
It is known that when it is 95 or less, the transconductance of the MOSFET is lowered and it is not suitable for actual use.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】表1から、サンプル1及び2(即ち、本発
明に係るシリコン膜の形成方法で得たサンプル)は、C
inv/Cox値が0.98以上であり、十分に高いト
ランスコンダクタンスを確保できることが確認された。
これは、Si2 6 ガスを使用し、580℃以下の成膜
温度でシリコン膜を成膜したため、当該シリコン膜が非
晶質構造となり、結晶化後の結晶粒が粗大化し粒界面積
が小さいために、イオン注入した不純物イオンが前記粒
界に偏析しなかったため、ゲート電極中のキャリア濃度
が増加したためである。
From Table 1, samples 1 and 2 (that is, samples obtained by the method for forming a silicon film according to the present invention) are C
The inv / Cox value was 0.98 or more, and it was confirmed that a sufficiently high transconductance could be secured.
This is because the silicon film was formed at a film forming temperature of 580 ° C. or lower using Si 2 H 6 gas, so that the silicon film has an amorphous structure, the crystal grains after crystallization become coarse, and the grain boundary area becomes large. This is because the impurity ions that were ion-implanted were not segregated at the grain boundaries because they were small, and the carrier concentration in the gate electrode increased.

【0044】これに対し、比較例は、Cinv/Cox
値が0.95以下であり、MOSFETのトランスコン
ダクタンスが低下し、実際の使用に適さないことが確認
された。これは、SiH4 ガスを使用し、620℃の成
膜温度でシリコン膜を形成したため、当該シリコン膜が
多結晶構造となり、形成された粒界にイオン注入された
不純物が偏析したためである。
On the other hand, in the comparative example, Cinv / Cox is used.
It was confirmed that the value was 0.95 or less, and the transconductance of the MOSFET was lowered, which was not suitable for actual use. This is because the SiH 4 gas was used and the silicon film was formed at a film formation temperature of 620 ° C., so that the silicon film had a polycrystalline structure and the ion-implanted impurities were segregated at the formed grain boundaries.

【0045】また、サンプル4は、Cinv/Cox値
が0.99となり、十分に高いトランスコンダクタンス
を確保できるが、イオン注入量が多いため、MOSFE
Tがパンチスルーを起こし、実際の使用が不可能であ
る。次に、前記実施例1ないし実施例4及び比較例で得
た相補性MOSFETのトランスコンダクタンスの最大
値(mS/mm)及び前記実施例1で得た比較例のトラ
ンスコンダクタンスの最大値(mS/mm)を測定し
た。なお、VDS=3Vとした。
Sample 4 has a Cinv / Cox value of 0.99 and a sufficiently high transconductance can be secured, but since the ion implantation amount is large, MOSFE
T causes punch-through, which makes it impossible to use in practice. Next, the maximum value of transconductance (mS / mm) of the complementary MOSFETs obtained in Examples 1 to 4 and the comparative example and the maximum value of transconductance (mS / mm) of the comparative example obtained in Example 1 were obtained. mm) was measured. Note that V DS = 3V.

【0046】この結果を表2に示す。The results are shown in Table 2.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】表2から、本発明に係る相補性MOSFE
T(実施例1ないし実施例4)は、比較例に比べ、非常
に高いトランスコンダクタンスを得ることができた。
From Table 2 the complementary MOSFE according to the invention
T (Examples 1 to 4) was able to obtain a very high transconductance as compared with the comparative example.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明によれば、半導体基板の素子形成領域上に形成した
ゲート酸化膜の全面に、Si2 6 を用い580℃以下
の雰囲気でシリコン膜を形成し、前記シリコン膜にパタ
ーニングを行い、ゲート電極を形成した後、n型素子を
形成する領域にn型不純物を、p型素子を形成する領域
にp型不純物を導入した後、前記不純物を活性化するこ
とで、前記シリコン膜を粗大な結晶粒を持つ多結晶シリ
コン膜として形成することができる。従って、前記シリ
コン膜中の不純物の活性化率を多結晶シリコン膜中の活
性化率の10倍程度にすることができる。このため、ゲ
ート電極のキャリア濃度を増加することができる結果、
トランジスタの作動中に、ゲート酸化膜とゲート電極と
の界面に空乏層が生じることを防止することができる。
従って、MOSFETのトランスコンダクタンスの低下
を抑制することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, Si 2 H 6 is used on the entire surface of the gate oxide film formed on the element formation region of the semiconductor substrate in an atmosphere of 580 ° C. or lower. After forming a silicon film by, patterning the silicon film and forming a gate electrode, after introducing an n-type impurity into a region for forming an n-type element and a p-type impurity in a region for forming a p-type element By activating the impurities, the silicon film can be formed as a polycrystalline silicon film having coarse crystal grains. Therefore, the activation rate of impurities in the silicon film can be about 10 times the activation rate in the polycrystalline silicon film. Therefore, as a result of increasing the carrier concentration of the gate electrode,
It is possible to prevent a depletion layer from being formed at the interface between the gate oxide film and the gate electrode during the operation of the transistor.
Therefore, it is possible to suppress a decrease in the transconductance of the MOSFET.

【0050】また、請求項2に記載の発明によれば、前
記シリコン膜形成後、当該シリコン膜に、600℃以上
の温度で熱処理を行うことで、前記効果に加え、より確
実に前記シリコン膜の結晶粒径を粗大化することができ
る。さらに、請求項3に記載の発明によれば、半導体基
板の素子形成領域上のゲート酸化膜の全面に形成した多
結晶シリコン膜に、SiイオンまたはGeイオンを導入
し、これをパターニングしてゲート電極を形成した後、
n型素子を形成する領域にn型不純物を、p型素子を形
成する領域にp型不純物を導入した後、前記不純物を活
性化することで、前記SiイオンまたはGeイオンが導
入された多結晶シリコン膜中の不純物の活性化率を多結
晶シリコン膜中の活性化率の10倍程度にすることがで
きる。このため、ゲート電極のキャリア濃度を増加する
ことができる結果、トランジスタの作動中に、ゲート酸
化膜とゲート電極との界面に空乏化が生じることを防止
することができる。従って、MOSFETのトランスコ
ンダクタンスの低下を抑制することができる。
According to the second aspect of the invention, after the silicon film is formed, the silicon film is subjected to heat treatment at a temperature of 600 ° C. or higher, so that in addition to the above effect, the silicon film can be more reliably processed. The crystal grain size of can be coarsened. Further, according to the third aspect of the invention, Si ions or Ge ions are introduced into the polycrystalline silicon film formed on the entire surface of the gate oxide film on the element formation region of the semiconductor substrate, and this is patterned to form a gate. After forming the electrodes,
After introducing an n-type impurity in a region for forming an n-type element and a p-type impurity in a region for forming a p-type element, and then activating the impurity, a polycrystalline material into which the Si ion or Ge ion is introduced The activation rate of impurities in the silicon film can be about 10 times the activation rate in the polycrystalline silicon film. Therefore, as a result of being able to increase the carrier concentration of the gate electrode, it is possible to prevent depletion at the interface between the gate oxide film and the gate electrode during the operation of the transistor. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the transconductance of the MOSFET.

【0051】そして、請求項4に記載の発明によれば、
前記SiイオンまたはGeイオンが導入された多結晶シ
リコン膜に、600℃以上の温度で熱処理を行うこと
で、前記効果に加え、より確実に前記シリコン膜の結晶
粒径を効率良く粗大化し、粒界を無くすことができる。
According to the invention described in claim 4,
By performing heat treatment on the polycrystalline silicon film into which the Si ions or Ge ions are introduced at a temperature of 600 ° C. or higher, in addition to the above effect, the crystal grain size of the silicon film can be more reliably and efficiently coarsened, The world can be lost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a part of a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

【図3】本発明の実施例1にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例1にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

【図5】本発明の実施例1にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 5 is a partial sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

【図6】本発明の実施例1にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.

【図7】本発明の実施例3にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例3にかかる半導体装置の製造工
程の一部を示す部分断面図である。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例1にかかるn型素子形成領域と
比較例のn型素子形成領域におけるシート抵抗値を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing sheet resistance values in an n-type element formation region according to Example 1 of the present invention and an n-type element formation region of a comparative example.

【図10】本発明の実施例1にかかるp型素子形成領域
と比較例のp型素子形成領域におけるシート抵抗値を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing sheet resistance values in a p-type element formation region according to Example 1 of the present invention and a p-type element formation region of a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 フィールド酸化膜 3 シリコン膜 5 ゲート酸化膜 13 ソース 15 ドレイン 18 ソース 21 ドレイン 1 semiconductor substrate 2 field oxide film 3 silicon film 5 gate oxide film 13 source 15 drain 18 source 21 drain

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一基板上に、金属・酸化物・半導体構
造を有するn型のトランジスタと、金属・酸化物・半導
体構造を有するp型のトランジスタを形成する半導体装
置の製造方法において、 半導体基板の素子形成領域上に形成したゲート酸化膜の
全面に、Si2 6 を用い580℃以下の雰囲気でシリ
コン膜を形成する第1工程と、前記シリコン膜にパター
ニングを行い、ゲート電極を形成する第2工程と、前記
ゲート電極形成後、n型素子を形成する領域にn型不純
物を、p型素子を形成する領域にp型不純物を導入する
第3工程と、前記不純物を活性化する第4工程と、を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming an n-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure and a p-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure on the same substrate. 1. A first step of forming a silicon film on the entire surface of the gate oxide film formed on the element formation region using Si 2 H 6 in an atmosphere of 580 ° C. or less, and patterning the silicon film to form a gate electrode A second step, a third step of introducing an n-type impurity into a region for forming an n-type element and a p-type impurity in a region for forming a p-type element after forming the gate electrode, and a third step of activating the impurity 4. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: 4 steps.
【請求項2】 前記シリコン膜形成後、当該シリコン膜
に、600℃以上の温度で熱処理を行うことを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein after the silicon film is formed, the silicon film is heat-treated at a temperature of 600 ° C. or higher.
【請求項3】 同一基板上に、金属・酸化物・半導体構
造を有するn型のトランジスタと、金属・酸化物・半導
体構造を有するp型のトランジスタを形成する半導体装
置の製造方法において、 半導体基板の素子形成領域上に形成したゲート酸化膜の
全面に、多結晶シリコン膜を形成する第1工程と、前記
多結晶シリコン膜にSiイオンまたはGeイオンを導入
する第2工程と、前記SiイオンまたはGeイオンが導
入された多結晶シリコン膜にパターニングを行い、ゲー
ト電極を形成する第3工程と、前記ゲート電極形成後、
n型素子を形成する領域にn型不純物を、p型素子を形
成する領域にp型不純物を導入する第4工程と、前記不
純物を活性化する第5工程と、を含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法。
3. A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises forming an n-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure and a p-type transistor having a metal / oxide / semiconductor structure on the same substrate. 1. A first step of forming a polycrystalline silicon film on the entire surface of the gate oxide film formed on the element forming region, a second step of introducing Si ions or Ge ions into the polycrystalline silicon film, and a Si ion or A third step of forming a gate electrode by patterning the polycrystalline silicon film into which Ge ions are introduced, and after forming the gate electrode,
A fourth step of introducing an n-type impurity into a region for forming an n-type element and a p-type impurity into a region for forming a p-type element, and a fifth step of activating the impurity are characterized by being included. Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項4】 前記SiイオンまたはGeイオンが導入
された多結晶シリコン膜に、600℃以上の温度で熱処
理を行うことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の
製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the polycrystalline silicon film having Si ions or Ge ions introduced therein is heat-treated at a temperature of 600 ° C. or higher.
JP5012604A 1993-01-28 1993-01-28 Manufacture of semiconductor device Pending JPH06224380A (en)

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JP5012604A JPH06224380A (en) 1993-01-28 1993-01-28 Manufacture of semiconductor device
US08/431,822 US5563093A (en) 1993-01-28 1995-05-01 Method of manufacturing fet semiconductor devices with polysilicon gate having large grain sizes

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JP (1) JPH06224380A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0897294A (en) * 1994-09-29 1996-04-12 Nec Corp Production of semiconductor device
US6545328B1 (en) 1999-04-15 2003-04-08 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor device

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